Проект на тему «Изделие из конструкционных и поделочных материалов»

Введение

В годы Второй мировой войны британцы выпускали бомбардировщик «Москито», корпус которого был почти целиком деревянным: фанера, бальза и клей. Алюминия в стране не хватало, а мебельных фабрик и опытных столяров было достаточно. Самолёт оказался одним из самых быстрых в своём классе и получил прозвище «деревянное чудо».

Эта история хорошо показывает главную мысль нашего проекта: материал не бывает хорошим или плохим сам по себе, он бывает подходящим или неподходящим для конкретной вещи. На уроках технологии в 5–7 классах школьники работают с древесиной, фанерой и тонколистовым металлом. Детали, которые несут нагрузку, например ножки табурета или кронштейны полки, делают из конструкционных материалов, а то, что ценят за внешний вид и податливость, относят к поделочным, хотя одна и та же берёза может попасть в обе группы.

Неудачи в мастерской часто объясняют неумелыми руками, но нередко их причина в неправильно выбранном материале. Треснувшая заготовка, сорванный шуруп или ржавчина на ручке через неделю обычно говорят о том, что свойства материала не учли заранее. Материалы, которые чаще всего встречаются в школьной мастерской, собраны в таблице.

Таблица 1 – Свойства материалов, доступных в школьной мастерской

Примечание — плотность древесины дана для сухой (около 12 % влажности) и сильно зависит от образца; для металлов и ДВП приведены справочные значения из учебных пособий по материаловедению.

Плотности в таблице справочные, достоинства и недостатки выписаны из учебников технологии. Уже по ним видно, что лёгкая липа и тяжёлая медь подходят для совершенно разных задач: из липы удобно вырезать ложку, а крючок для одежды из неё получится недолговечным.

Цель проекта — составить понятную памятку о выборе материала и изготовить изделие, в котором этот выбор обоснован. В первой главе речь идёт о свойствах материалов и способам их обработки, вторая — самому изделию и технологии его изготовления.

Глава 1. Конструкционные и поделочные материалы

1.1 Свойства конструкционных и поделочных материалов

Свойства материалов в учебниках обычно делят на физические, механические и химические. Это деление удобно, хотя на практике группы тесно связаны: доска, набравшая воды, становится тяжелее, мягче и начинает гнить, то есть меняются сразу все её свойства.

К физическим свойствам относят плотность, влажность, цвет, запах и теплопроводность. Плотность показывает массу кубического метра материала, и, как видно на рисунке 1, кубометр стали примерно в пятнадцать раз тяжелее кубометра сосны.

Рисунок 1 – Плотность конструкционных материалов, кг/м³

Примечание — округлённые справочные значения, у древесины разброс может достигать 20 %.

Для изделия это означает, что из стали можно сделать тонкий крючок, который выдержит тяжёлую куртку, а деревянный крючок той же прочности придётся делать толстым и широким. Зато деревянная полка лёгкая, и её можно повесить на два шурупа.

Особое значение для древесины имеет влажность. Свежесрубленная сосна может наполовину состоять из воды, а высыхает она неравномерно, поэтому доски коробятся и трескаются. Для поделок используют сухую древесину влажностью около 8–12 %; сырую доску можно узнать по большему весу, холодной на ощупь поверхности и опилкам, которые налипают на полотно пилы.

Даже сухое дерево продолжает реагировать на влажность воздуха: летом доска слегка разбухает поперёк волокон, а зимой в отапливаемом помещении усыхает. Поэтому столяры крепят столешницу к раме с зазором, а донышко коробки не загоняют в паз вплотную, иначе оно со временем выгнется.

Механические свойства — это прочность, твёрдость, упругость и пластичность. Разницу в твёрдости легко проверить ногтем: на сосне остаётся вмятина, а на берёзе почти никакого следа. У древесины механические свойства сильно зависят от направления волокон: вдоль волокон брусок выдерживает большую нагрузку, а поперёк ломается легко, поэтому фанеру склеивают из слоёв шпона, уложенных крест-накрест.

Металлы ведут себя иначе. Тонкую сталь можно согнуть, и она сохранит новую форму, что и называется пластичностью; алюминий гнётся ещё легче, но и легко мнётся. Закалённая сталь, напротив, твёрдая и хрупкая, и напильник при падении на бетон может расколоться.

Из химических свойств в мастерской важнее всего стойкость к воде и воздуху: сталь ржавеет, древесина гниёт, а алюминий покрывается тонкой оксидной плёнкой и дальше почти не разрушается. Поэтому стальные изделия красят или смазывают маслом, а деревянные пропитывают или лакируют. Скворечник из сырой некрашеной сосны прослужит пару сезонов, а из сухой пропитанной доски с крышей внахлёст — много лет.

1.2 Способы обработки материалов

Набор инструментов в школьной мастерской невелик: ножовка, рубанок, дрель, стамеска, напильник и ножницы по металлу. Однако у каждого из них есть свои особенности, которые лучше знать до начала работы.

Ножовки по дереву бывают для продольного и поперечного пиления, и зубья у них заточены по-разному. Если пилить доску поперёк волокон ножовкой для продольного пиления, торец получится рваным. Рубанок ведут по направлению волокон, иначе он задирает поверхность; особенно трудно строгать сосну с сучками, вокруг которых волокна закручены кольцами.

Сверлить дерево проще, чем металл. Перед сверлением металла центр отверстия накернивают, чтобы сверло не уводило в сторону, а деталь зажимают в тисках. Держать тонкий лист рукой на сверлильном станке нельзя: если сверло заклинит, лист провернётся и может поранить руку.

Тонколистовой металл гнут на ребре верстака или в тисках, используя деревянную киянку, которая, в отличие от молотка, не оставляет вмятин. Алюминий плохо переносит многократный изгиб в одном месте и может сломаться, поэтому неудачную деталь лучше переделать из новой заготовки.

Шлифуют изделие сначала крупной шкуркой, затем мелкой, двигаясь вдоль волокон. После этого древесину морят, лакируют или пропитывают маслом; для разделочной доски подходит только пищевое масло. Соединяют деревянные детали гвоздями, шурупами, клеем и шипами, а металлические в школе — заклёпками, фальцем или винтами.

Материал и инструмент поэтому нужно выбирать вместе: берёза пилится медленнее сосны, сталь требует кернения и тисков, а фанера плохо переносит тупую пилу. Во второй главе эти выводы применяются к конкретному изделию.

Перед работой на уроках технологии составляют технологическую карту, где по порядку записаны операции, инструменты и результат каждого шага. Карта помогает не ошибиться с последовательностью: например, отверстие под шуруп лучше сверлить до шлифования, иначе края отверстия будут неровными. Перед обработкой основной заготовки полезно опробовать операцию на обрезке того же материала, это занимает несколько минут и уберегает от брака.